Происхождение сероводорода Черного моря

Еще в конце XIX века, в 1890 году русская океанографическая экспедиция доказала, что в глубинах Черного моря очень много растворенного сероводорода. Вскоре выяснилось, что сероводород присутствует во всей глубинной акватории Черного моря, приближаясь к поверхности примерно на 100 м в центре моря и до 300 м у берегов. Иногда верхняя граница сероводородной “зоны ненадолго поднимается и опускается из-за восходящих и нисходящих движений воды, вызванных атмосферными явлениями.

Кислород довольно быстро реагирует с сероводородом, окисляя его до сульфатов, и убивает анаэробные бактерии, производящие сероводород. Поэтому растворенный кислород, быстро расходуясь на окисление сероводорода, присутствует в Черном море только в поверхностном слое. Ниже 100 - 300 м, в сероводородной зоне, обитают только анаэробные бактерии да некоторые виды морских червей.

Сероводород в морской воде наблюдается не только в Черном море, но и в других водоемах, где отсутствует сквозная вертикальная конвекция. Довольно обширные зоны, зараженные этим газом, бывают в Индийском и Атлантическом океанах, временами появляются в Каспийском и других морях и даже в пресноводных озерах.

Сегодня известны три главных источника сероводородного загрязнения водоемов. Первый восстановление сульфатредуцирующими бактериями сульфатов при разложении мертвого органического вещества. Во-вторых, сероводород просто выделяется при гниении серосодержащих органических остатков. И наконец, в-третьих, он может поступать из глубин земной коры с гидротермальными водами и через расщелины морского дна.

Будет сероводород накапливаться в воде или нет, зависит от скорости его окисления содержащимся здесь кислородом и от интенсивности микробиологических процессов. Приток же кислорода в сероводородную зону обусловлен скоростью обмена между нижними, более тяжелыми, и верхними слоями воды. Чем резче меняется плотность с глубиной, тем меньше приток кислорода.

В Черное море впадают пресные речные воды, а через Босфор — более тяжелая соленая вода Средиземного моря. В итоге в толще черноморских вод возникает резкий скачок плотности — галоклин. Он не стоит на месте — под влиянием течений колеблется, то поднимаясь в одних местах, то опускаясь в других. Как правило, сероводородная зона начинается сразу же под галоклином, препятствующим доступу кислорода из верхних слоев. Из-за этого в Черном море сероводорода расходуется гораздо меньше, чем образуется. За последние 6—7 тысяч лет здесь сформировалась сероводородная толща, занимающая 90 ° объема моря.

Из-за возрастания уровня Мирового океана после прекращения последнего ледникового периода (Вюрма) 11 - 7 тысяч лет назад на 130 м до его современного уровня, примерно 7-8 тысяч лет назад возникла связь Черноморской котловины со Средиземным морем через Босфор. При этом в пресное Понтийское море-озеро из средиземноморья попало большое количество соленой воды большого удельного веса, сразу поступившего в придонные слои. Площадь моря при этом существенно расширилась и затопила большие площади суши, покрытые густой растительностью и имеющей толстый слой черноземной почвы. Этот запас органики является питанием анаэробных сероводородных бактерий, до сих пор разлагающих растительные остатки того катастрофического явления.

Часто сероводород держится не только на глубине, но и у берегов, где нарушена вертикальная конвекция и снабжение воды кислородом. При этом даже на глубинах около 40 м, могут возникать заморные, бескислородные водные массы, иногда всплывающие на поверхность, где они быстро насыщаются кислородом, сероводород в них окисляется и исчезает.

За верхнюю границу сероводородной зоны принято считать ту глубину, где концентрация газа близка к точности его аналитического измерения — примерно 0,1 мл/л. Ниже кислород соседствует с сероводородом в пределах так называемого слоя сосуществования. За последние сорок лет он поднялся из глубины примерно на 40—50 м, а пределы колебания его толщины увеличились в 5—6 раз.

Верхняя граница сероводорода может подниматься под влиянием двух обстоятельств — либо вертикальных перемещений водных масс, либо увеличения общего количества сероводорода в глубинных слоях. Впрочем, обе причины могут действовать и одновременно.

Выплески сероводорода в верхние, обогащенные кислородом воды чреваты массовой гибелью морских обитателей. Так, в начале 1950-х годов в заливе Уолфиш-Бей (Атлантическое побережье Юго-Западной Африки) течение вынесло из глубины к поверхности сероводородное “облако”. На побережье до сорока миль в глубь материка чувствовался запах сероводорода, потемнели стены домов. Сероводород ядовит и для людей, ощущение его запаха уже означает превышение ПДК — предельно допустимой концентрации.

В Черном море тоже есть восходящие течения (апвеллинги) у крымского и кавказского побережий. И они тоже могут вынести из глубин отравленные сероводородные воды, правда, при довольно редком сочетании метеорологических и океанологических факторов (как, например, при возникновении смерчей на суше). Такие губительные выплески нельзя прогнозировать лишь на основе средних показателей состояния моря, принятых ныне. Нужны специальные и постоянные наблюдения за сероводородной зоной.

Исследования Черного моря в наибольшем объеме, естественно, ведут океанологические учреждения, расположенные на его побережье: Морской гидрофизический институт и Институт биологии южных морей (Севастополь) и его Одесское отделение, Севастопольское отделение Государственного океанографического института, Азово-Черноморское отделение ВНИИ морского рыбного хозяйства и океанографии (Керчь), Южное отделение Института океанологии (Геленджик).

По данным этих институтов, за последние десятилетия экологическая обстановка на Черном море серьезно ухудшилась. Не только в прибрежных, но и в открытых водах моря был обнаружен избыток органических веществ. Произошли изменения в структуре биологических сообществ: практически исчезли рыбы-хищники, сократилось поголовье дельфинов, необычно размножилась медуза аурелия и водоросль ночесветка, исчезает придонное, ранее обширное поле водоросли филлофоры. В северо-западной мелководной зоне моря летом ежегодно появляются обширные заморные зоны. То есть экспансия сероводорода во все более высокие слои идет на фоне ухудшения общей экологической обстановки.

Ясно, что сероводородный баланс Черного моря находится под сильным прессом человеческой деятельности, поэтому негативное развитие сероводородной зоны вызвано не только природными, но и в какой-то антропогенными факторами.

Зарегулирование стока рек уменьшает объем пресных вод, поступающих в верхний слой моря, улучшая вертикальный водообмен. С другой стороны, промышленные, бытовые и сельскохозяйственные стоки увеличивают количество мертвого органического вещества и, соответственно, сероводорода.

Главная причина расширения сероводородной зоны — эвтрофикация моря, повышение содержания в нем органических веществ. А поскольку львиная доля их образуется в сравнительно узкой прибрежной зоне, именно ее экосистема определяет содержание сероводорода в глубинах Черного моря.

Ежегодно в кислородную зону моря поступает примерно столько же загрязняющих веществ, сколько сероводорода здесь окисляется кислородом атмосферы (и та и другая величина в пересчете на H₂S около 10 т/год). Много промышленных, бытовых, дренажных стоков полей орошения поступает в северо-западную мелководную часть моря. Из-за увеличения потребления вод Дуная и Днестра на орошение и дальнейшей урбанизации побережья поток загрязняющих веществ еще более возрастет.

Можно сказать, что фактически все Черное море “мелководно” — кислородная зона в среднем держится на глубине около 160 м. Если в настоящих мелководных морях здесь расположено твердое дно, то в Черном море вместо него — зыбкая граница сероводородной зоны, интенсивно поглощающей кислород.

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.